Войти
| Полиовирус | |
|---|---|
 | |
| TEM микрофотография полиовируса вирионов. Масштабная шкала, 50 нм. | |
 | |
| Капсид полиовируса 3 типа, окрашенный цепочками | |
Классификация вирусов  | |
| (без рейтинга): | Вирус |
| Область: | Рибовирия |
| Королевство: | Орторнавиры |
| Тип: | Pisuviricota |
| Класс: | Pisoniviricetes |
| Порядок: | Picornavirales |
| Семейство: | Picornaviridae |
| Род: | Enterovirus |
| Виды: | Enterovirus C |
| Вирус: | Полиовирус |
| Серотипы | |
| |
Полиовирус, возбудитель полиомиелита (также известного как полиомиелит), является серотипом вида Enterovirus C семейства Picornaviridae.
. Полиовирус состоит из РНК геном и белок капсид. Геном представляет собой одноцепочечный геном с положительной смысловой РНК, который имеет длину около 7500 нуклеотидов. Вирусная частица имеет диаметр около 30 нм с икосаэдрической симметрией. Из-за короткого генома и простого состава - только РНК и безоболочечной икосаэдрической белковой оболочки, инкапсулирующей его, полиовирус широко считается простейшим значимым вирусом.
Впервые полиовирус был выделен в 1909 г. Карлом Ландштейнером и Эрвином Поппером. Структура вируса была впервые выяснена в 1958 году с помощью дифракции рентгеновских лучей командой из Биркбекского колледжа под руководством Розалинд Франклин, что показало, что вирус полиомиелита обладает икосаэдрической симметрией.
В 1981 году геном полиовируса был опубликован двумя разными группами исследователей: Винсентом Раканиелло и Дэвидом Балтимором в Массачусетском технологическом институте и Эккард Виммер в Университете Стоуни-Брук. Полиовирус - один из наиболее хорошо изученных вирусов, который стал полезной модельной системой для понимания биологии РНК-вирусов.
Цикл репликации полиовируса инициируется связыванием с рецептором CD155 на клеточной поверхности (1). Вирион захватывается посредством эндоцитоза, и вирусная РНК высвобождается (2). Трансляция вирусной РНК происходит по механизму, опосредованному IRES (3). Полипротеин расщепляется, давая зрелые вирусные белки (4). РНК с положительным смыслом служит матрицей для комплементарного синтеза отрицательной цепи, производя двухцепочечную репликативную форму (RF) РНК (5). Многие копии РНК с положительной цепью образуются из одной отрицательной цепи (6). Вновь синтезированные молекулы позитивно-смысловой РНК могут служить матрицами для трансляции большего количества вирусных белков (7) или могут быть заключены в капсид (8), который в конечном итоге генерирует вирионы потомства. Лизис инфицированной клетки приводит к высвобождению вирионов инфекционного потомства (9). Полиовирус заражает клетки человека путем связывания с иммуноглобулиновым -подобным рецептором, CD155 (также известным как рецептор полиовируса или PVR) на поверхности клетки. Взаимодействие полиовируса и CD155 способствует необратимому конформационному изменению вирусной частицы, необходимому для проникновения вируса. Считалось, что после прикрепления к клеточной мембране хозяина проникновение вирусной нуклеиновой кислоты происходит одним из двух способов: через образование поры в плазматической мембране, через которую проходит РНК. затем «вводят» в клетку-хозяин цитоплазму или через захват вируса посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза. Недавние экспериментальные данные подтверждают последнюю гипотезу и предполагают, что полиовирус связывается с CD155 и поглощается эндоцитозом. Сразу после интернализации частицы вирусная РНК высвобождается.
Полиовирус представляет собой вирус с положительной цепью РНК. Таким образом, геном, заключенный в вирусной частице, можно использовать в качестве информационной РНК и сразу транслировать клеткой-хозяином. При входе вирус захватывает механизм трансляции клетки, вызывая ингибирование синтеза клеточного белка в пользу производства вирус-специфического белка. В отличие от мРНК клетки-хозяина, 5'-конец РНК полиовируса чрезвычайно длинный - более 700 нуклеотидов - и хорошо структурирован. Эта область вирусного генома называется внутренним сайтом входа в рибосомы (IRES). Эта область состоит из множества вторичных структур и 3 или 4 доменов. Наиболее важным доменом IRES является домен 3 (часть инициации трансляции). Домен 3 представляет собой самоукладывающийся элемент РНК, который содержит консервативные структурные мотивы в различных стабильных петлях стебля, связанных двумя четырехсторонними соединениями. Поскольку IRES состоит из многих доменов, эти домены также состоят из множества петель, которые вносят вклад в модифицированную трансляцию без 5 ’конца за счет захвата рибосомы клетки, в отличие от догматической трансляции, начинающейся не с первого шага, а с последних. Петля взаимодействия домена 3 представляет собой тетрапетлю GNRA. Остатки аденозинов A180 и A181 в тетрапетле GUAA образуют водородные связи посредством неканонических взаимодействий спаривания оснований с парами оснований рецепторов C230 / G242 и G231 / C241, соответственно. Генетические мутации в этой области предотвращают производство вирусного белка. Первый обнаруженный IRES был обнаружен в РНК полиовируса.
мРНК полиовируса транслируется как один длинный полипептид. Затем этот полипептид автоматически расщепляется внутренними протеазами примерно на 10 отдельных вирусных белков. Не все расщепления происходят с одинаковой эффективностью. Следовательно, количество белков, продуцируемых при расщеплении полипептида, варьируется: например, меньшие количества 3D продуцируются, чем количества капсидных белков, VP1-4. Эти индивидуальные вирусные белки:
Геномная структура полиовируса типа 1 После трансляции осуществляется транскрипция и репликация генома, которые включают единый процесс (синтез (+) РНК). Для репликации заражающей (+) РНК необходимо транскрибировать несколько копий (-) РНК, а затем использовать их в качестве матриц для синтеза (+) РНК. Репликативные промежуточные соединения (RI), которые представляют собой ассоциацию молекул РНК, состоящую из матричной РНК и нескольких растущих РНК различной длины, наблюдаются как в репликационных комплексах для (-) РНК, так и (+) РНК. Для синтеза каждой РНК с отрицательной и положительной цепью белок VPg в полиовирусе работает как праймер. РНК-зависимая РНК-полимераза полиовируса добавляет два нуклеотида урацила (UU) к белку VPg с использованием поли (A) хвоста на 3'-конце генома + оцРНК в качестве образца для синтеза антигеномной РНК с отрицательной цепью. Чтобы инициировать этот синтез -ssRNA, необходим гидроксил тирозина VPg. Но для инициации синтеза РНК с положительной цепью необходимо CRE-зависимое уридилилирование VPg. Это означает, что VPg снова используется в качестве праймера, однако на этот раз он добавляет два уридинтрифосфата с использованием цис-действующего элемента репликации (CRE) в качестве матрицы.
CRE полиовируса идентифицируется как недостигнутое основание -парный стержень и последняя петля, состоящая из 61 н. CRE содержится в энтеровирусах. Это хорошо сохранившийся структурный элемент вторичной РНК, расположенный в кодирующей полипротеин области генома. Комплекс может быть перемещен в 5-ю область генома, не обладающую кодирующей активностью, на расстоянии не менее 3,7 т.п.н. от исходного местоположения. Этот процесс может происходить без негативного влияния на деятельность. Копии CRE не влияют отрицательно на репликацию. Процесс уридилилирования VPg, который происходит в CRE, требует присутствия 3CD, который является связывающим РНК белком. Он прикреплен к CRE напрямую и конкретно. Благодаря своему присутствию VPg может правильно связывать CRE, и первичная продукция протекает без проблем.
Некоторые из (+) молекул РНК используются в качестве матриц для дальнейшего (-) синтеза РНК, некоторые функционируют как мРНК, а некоторые предназначены быть геномами вирионов потомства.
При сборке новых вирусных частиц (то есть упаковке генома потомства в прокапсид, который может выжить вне клетки-хозяина), включая, соответственно:
Полностью собранный полиовирус покидает пределы своей клетки-хозяина в результате лизиса через 4-6 часов после инициирование инфекции в культивируемых клетках млекопитающих. Механизм высвобождения вируса из клетки неясен, но каждая умирающая клетка может высвобождать до 10 000 полиомиелитных вирионов.
. Дрейк продемонстрировал, что полиовирус способен подвергаться реактивации множественности. То есть, когда полиовирусы облучали УФ-светом и позволяли подвергаться множественным инфекциям клеток-хозяев, жизнеспособное потомство могло образовываться даже при дозах УФ-излучения, которые инактивировали вирус при единичных инфекциях. Полиовирус может подвергаться генетической рекомбинации, когда по крайней мере два вирусных генома присутствуют в одной и той же клетке-хозяине. Киркегард и Балтимор представили доказательства того, что РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRP) катализирует рекомбинацию с помощью механизма выбора копии, в котором RdRP переключается между матрицами (+) ssRNA во время синтеза отрицательной цепи. Рекомбинация в РНК-вирусах, по-видимому, является адаптивным механизмом для восстановления повреждений генома.
Полиовирус структурно похож на другие энтеровирусы человека (вирусы Коксаки, эховирусы и риновирусы ), которые также используют иммуноглобулин-подобные молекулы для распознавания и проникновения в клетки-хозяева. Филогенетический анализ последовательностей РНК и белков полиовируса предполагает, что он может иметь произошел от C-кластера вируса Коксаки A предка, который возник в результате мутации внутри капсида. Четкое видообразование полиовируса, вероятно, произошло в результате изменения специфичности клеточного рецептора от молекулы межклеточной адгезии-1 (ICAM-1), используемой вирусами Коксаки А с С-кластером, к CD155 ; что приводит к изменению патогенности и позволяет вирусу инфицировать нервную ткань.
Скорость мутаций в вирусе относительно высока даже для РНК-вируса с синонимичной скоростью замены 1,0 × 10 замен / сайт / год и скоростью несинонимичных замен 3,0 × 10 замен / сайт / год. Распределение оснований в геноме не является случайным: аденозин встречается реже, чем ожидалось, на конце 5 'и выше на конце 3'. Использование кодона не является случайным с кодонами, оканчивающимися на аденозин являются предпочтительными, а те, которые заканчиваются на цитозин или гуанин, избегают. Использование кодонов для трех генотипов различается и, по-видимому, обусловлено мутацией, а не отбором.
Три серотипа полиовируса, PV-1, PV-2 и PV-3, каждый имеют немного другой белок капсида . Белки капсида определяют специфичность клеточного рецептора и антигенность вируса. PV-1 - наиболее распространенная форма, встречающаяся в природе, но все три формы чрезвычайно заразны. По состоянию на март 2020 года дикий PV-1 сильно локализован в регионах Пакистана и Афганистана. Дикий PV-2 был объявлен искорененным в сентябре 2015 года после последнего обнаружения в 1999 году, в то время как дикий PV-3 был объявлен искорененным в 2019 году после последнего обнаружения в 2012 году.
Для приготовления используются определенные штаммы каждого серотипа. 88>вакцины против полиомиелита. Неактивную вакцину против полиомиелита получают путем инактивации формалином трех диких вирулентных эталонных штаммов: Махони или Брунендера (PV-1), MEF-1 / Lansing (PV-2) и Saukett / Leon (PV-3).). Оральная вакцина против полиомиелита содержит живые аттенуированные (ослабленные) штаммы трех серотипов полиовируса. Пассирование вирусных штаммов в эпителиальных клетках почек обезьян вводит мутации в вирусный IRES и препятствует (или ослабляет) способность вируса инфицировать нервную ткань.
Полиовирусы ранее классифицировались как вирусы различные виды, принадлежащие к роду Enterovirus в семействе Picornaviridae. В 2008 г. вид полиовируса был исключен, и три серотипа были отнесены к виду энтеровируса человека C (позже переименованного в энтеровирус C) в роду Enterovirus семейства Picornaviridae. Типовой вид рода Enterovirus был изменен с полиовируса на энтеровирус (человека) C.
Электронная микрофотография полиовируса Первичным детерминантом инфекции для любого вируса является его способность к заражению. входят в клетку и производят дополнительные инфекционные частицы. Считается, что присутствие CD155 определяет животных и ткани, которые могут быть инфицированы полиовирусом. CD155 обнаружен (за пределами лабораторий) только на клетках людей, высших приматов и обезьян Старого Света. Однако полиовирус является исключительно человеческим патогеном и в природе не заражает никакие другие виды (хотя шимпанзе и обезьяны Старого Света могут быть инфицированы экспериментально).
Ген CD155, по-видимому, был инфицирован при условии положительного отбора. Белок имеет несколько доменов, из которых домен D1 содержит сайт связывания вируса полиомиелита. В этом домене за связывание вируса отвечают 37 аминокислот.
Полиовирус - это энтеровирус. Заражение происходит фекально-оральным путем, что означает, что вирус попадает в организм человека, и репликация вируса происходит в пищеварительном тракте. Вирус выделяется с фекалиями инфицированных людей. В 95% случаев происходит только первичное, временное присутствие виремии (вирус в кровотоке), а инфекция полиовируса бессимптомна. Примерно в 5% случаев вирус распространяется и реплицируется в других участках, таких как бурый жир, ретикулоэндотелиальная ткань и мышца. Устойчивая репликация вируса вызывает вторичную виремию и приводит к развитию незначительных симптомов, таких как жар, головная боль и боль в горле. Паралитический полиомиелит встречается менее чем в 1% случаев полиовирусных инфекций. Паралитическое заболевание возникает, когда вирус проникает в центральную нервную систему (ЦНС) и реплицируется в мотонейронах в спинном мозге, стволе мозга, или моторная кора, что приводит к избирательному разрушению мотонейронов, что приводит к временному или постоянному параличу. Это очень редкое явление у младенцев, у которых все еще есть антитела к полиовирусу , полученные от их матерей. В редких случаях паралитический полиомиелит приводит к остановке дыхания и смерти. При паралитическом заболевании мышечные боли и спазмы часто наблюдаются до появления слабости и паралича. Обычно паралич сохраняется от нескольких дней до недель до выздоровления.
Во многих отношениях неврологическая фаза инфекции считается случайным отклонением нормальной желудочно-кишечной инфекции.. Механизмы проникновения полиовируса в ЦНС изучены недостаточно. Для объяснения его появления были предложены три не исключающие друг друга гипотезы. Все теории требуют первичной виремии. Первая гипотеза предсказывает, что вирионы проходят непосредственно из крови в центральную нервную систему, преодолевая гематоэнцефалический барьер независимо от CD155. Вторая гипотеза предполагает, что вирионы транспортируются из периферических тканей, которые были омыты виремической кровью, например мышечной ткани, в спинной мозг по нервным путям посредством ретроградного аксонального транспорта. Третья гипотеза заключается в том, что вирус попадает в ЦНС через инфицированные моноциты или макрофаги.
. Полиомиелит - это заболевание центральной нервной системы. Однако считается, что CD155 присутствует на поверхности большинства или всех клеток человека. Следовательно, экспрессия рецептора не объясняет, почему полиовирус преимущественно поражает определенные ткани. Это предполагает, что тканевый тропизм определяется после клеточной инфекции. Недавние исследования показали, что ответ на интерферон типа I (в частности, ответ интерферона альфа и бета) является важным фактором, который определяет, какие типы клеток поддерживают репликацию полиовируса. У мышей, экспрессирующих CD155 (с помощью генной инженерии), но лишенных рецептора интерферона I типа, полиовирус не только реплицируется в расширенном репертуаре типов тканей, но эти мыши также способны заразиться вирусом перорально.
Молекулы CD155 в комплексе с частицами полиовируса. Восстановленное изображение с криоэлектронной микроскопии. Полиовирус использует два ключевых механизма, чтобы уклониться от иммунной системы. Во-первых, он способен выжить в очень кислых условиях желудка, позволяя вирусу инфицировать хозяина и распространяться по организму через лимфатическую систему. Во-вторых, поскольку он может очень быстро реплицироваться, вирус подавляет органы хозяина, прежде чем может возникнуть иммунный ответ. Если детали указаны на этапе прикрепления; Полиовирусы с каньонами на поверхности вириона имеют сайты прикрепления вирусов, расположенные в карманах у основания каньонов. Каньоны слишком узки для доступа антител, поэтому места прикрепления вируса защищены от иммунного надзора хозяина, в то время как остальная часть поверхности вириона может мутировать, чтобы избежать иммунного ответа хозяина.
Лица, подвергшиеся воздействию полиовируса в результате инфекции или иммунизации вакциной против полиомиелита, вырабатывают иммунитет. У иммунных людей антитела против полиовируса присутствуют в миндалинах и желудочно-кишечном тракте (в частности, антитела IgA ) и способны блокировать репликацию полиовируса; IgG и IgM антитела против полиовируса могут предотвращать распространение вируса на двигательные нейроны центральной нервной системы. Заражение одним серотипом полиовируса не обеспечивает иммунитета против других серотипов; однако повторные атаки у одного и того же человека крайне редки.
Хотя люди являются единственными известными естественными хозяевами полиовируса, обезьяны могут быть инфицированы экспериментально, и они уже давно используются для изучить полиовирус. В 1990–91 годах в двух лабораториях была разработана модель полиомиелита на мелких животных. Мыши были сконструированы для экспрессии человеческого рецептора полиовируса (hPVR).
В отличие от нормальных мышей, трансгенный рецептор полиовируса (TgPVR) мышей восприимчивы к инъецированному полиовирусу внутривенно или внутримышечно и при инъекции непосредственно в спинной мозг или головной мозг. После инфицирования у мышей TgPVR проявляются признаки паралича, которые напоминают признаки полиомиелита у людей и обезьян, а центральная нервная система парализованных мышей гистоцитохимически аналогична таковой у людей и обезьян. Эта мышиная модель инфекции полиовируса человека оказалась бесценным инструментом в понимании биологии и патогенности полиовируса.
Три различных типа мышей TgPVR хорошо изучены:
Недавно была разработана четвертая модель мышей TgPVR. Эти мыши с «cPVR» несут кДНК hPVR , управляемую промотором β- актина , и оказались чувствительными к полиовирусу через внутримозговые, внутримышечные и интраназальные пути. Кроме того, эти мыши способны развить бульбарную форму полиомиелита после интраназальной инокуляции.
Развитие мышей TgPVR оказало сильное влияние на пероральную полиовакцину (ОПВ) производство. Раньше мониторинг безопасности ОПВ приходилось проводить на обезьянах, потому что к вирусу восприимчивы только приматы. В 1999 г. Всемирная организация здравоохранения одобрила использование мышей TgPVR в качестве альтернативного метода оценки эффективности вакцины против полиовируса типа 3. В 2000 году модель на мышах была одобрена для испытаний вакцин против полиовируса типа 1 и типа 2.
Модель связывания полиовируса CD155 (показано фиолетовым цветом) В 1981 году, Раканиелло и Балтимор использовали технологию рекомбинантной ДНК для создания первого инфекционного клона животного РНК-вируса, полиовируса. ДНК, кодирующая геном РНК полиовируса, была введена в культивируемые клетки млекопитающих, и был получен инфекционный полиовирус. Создание инфекционного клона продвинуло понимание биологии полиовируса и стало стандартной технологией, используемой для изучения многих других вирусов.
В 2002 году группе Эккарда Виммера в Университете Стони Брук удалось синтезировать полиовирус из его химического кода, создав первый в мире синтетический вирус. Ученые сначала преобразовали опубликованную последовательность РНК полиовируса длиной 7741 основание в последовательность ДНК, поскольку ДНК было легче синтезировать. Короткие фрагменты этой последовательности ДНК были получены по почте и собраны. Затем полный вирусный геном был собран компанией по синтезу генов. Девятнадцать маркеров были включены в синтезированную ДНК, чтобы ее можно было отличить от природного полиовируса. Ферменты были использованы для преобразования ДНК обратно в РНК, ее естественное состояние. Затем были использованы другие ферменты для трансляции РНК в полипептид с образованием функциональной вирусной частицы. Весь этот кропотливый процесс занял два года. Вновь созданный синтетический вирус вводили трансгенным мышам PVR, чтобы определить, может ли синтетическая версия вызывать заболевание. Синтетический вирус был способен реплицироваться, инфицировать и вызывать паралич или смерть мышей. Однако синтетическая версия была в 1000-10 000 раз слабее исходного вируса, вероятно, из-за одного из добавленных маркеров.
Модификация полиовируса, названная PVSRIPO, был протестирован в ранних клинических испытаниях как возможное лечение рака.
Медицинский портал 
Портал вирусов 